Ausgabe 4 | 2012
kompakt Jeden Monat neue Infos aus der Welt der Ingenieure Thema: CarbonfaserVerbundwerkstoffe »» C A R B O N F A S E R N
Wenn Ingenieure Fäden ziehen © BMW Group · Foto oben © SGL · Foto ganz oben © Yuri Arcurs, Fotolia
Kohlefaser – ein moderner Leichtbauwerkstoff mit komplizierten Fertigungsprozessen den Aspekten Lichtausbeute und Haltbarkeit besonders gut als Glühfaden geeignet war. Die bis dahin übliche Gasbeleuchtung wurde weitgehend verdrängt. Die Verkohlung erreichte Edison, indem er die Bambusfaser unter kontrollierten atmosphärischen Bedingungen bei hoher Temperatur quasi „backte“. Es dauerte dann aber noch einmal über 70 Jahre, bis die hohe Zugfestigkeit von Carbonfasern entdeckt wurde.
geht. Und die Fäden dabei, ziehen immer wieder innovative Ingenieurinnen und Ingenieure. Dabei stand am Anfang etwas ganz anderes im Vordergrund: Es war die Glühbirne, der eine Kohlefaser als Leuchtfaden zum Durchbruch verhalf. Thomas Edison fand in den 80er Jahren des 19. Jahrhunderts in einer langen Testreihe mit Pflanzenfasern heraus, dass eine verkohlte Faser aus japanischem Bambus unter
»» P O R T R Ä T E-Mobil und Fliegengewicht BMW bringt mit dem i3 im nächsten Jahr das erste reine Elektroauto in Serienfertigung auf den Markt. Der kleine Flitzer steckt voll Know-how und voll von Leichtbaumaterialien wie CFK. Mittendrin im Projekt ist Ingenieur Nils Borchers. »» weiter S. 2 – 4
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Sporthersteller haben sie schon länger für sich entdeckt, sei es beim Bau von Fahrradrahmen oder bei Nordic-Walking-Stöcken, auch in der Raumfahrt kommen sie zum Einsatz, und – natürlich – auch im Automobilbau: Carbonfasern, oder besser, kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK – carbonfaserverstärkter Kunststoff) rücken immer dann in den Fokus, wenn es um möglichst hohe Stabilität bei möglichst geringem Gewicht
Vor allem die Luft- und Raumfahrtindustrie meldete in den 1950er Jahren verstärkt Bedarf nach leichten und gleichzeitig stabilen Materialien an. Zunächst wurde mit Baumwoll- und Viskosefasern experimentiert, wobei das Ausgangsmaterial, die baumwollähnliche Kunstfaser Viskose, für sich alleine ja bereits eine bemerkenswerte technische Errungenschaft darstellt. Die Karbonisierung lieferte aber noch keine optimalen Ergebnisse in Bezug auf die Steifigkeit und Festigkeit. Das änderte sich, als in den frühen 60ern am japanischen „Nationalen Institut für fortgeschrittene industrielle Wissenschaft und »» weiter S. 2
»» I N T R O Stoffwechsel Jedes Material hat Vor- und Nachteile, und die Suche nach neuen Werkstoffen, die für bestimmte Anwendungen bessere Eigenschaften als ihre Vorläufer haben, ist tausende von Jahren alt. Bereits der Übergang von der Bronze- zur Eisenzeit ist ein Beispiel dafür: Eisen war leichter verfügbar als das zur Bronzeherstellung benötigte Zinn und erreichte höhere Härtegrade. Da die Verarbeitungsschritte allerdings komplizierter waren, hat es eine Weile gedauert, bis das Metall entsprechend genutzt werden konnte. Das Eisen wiederum wurde von Stählen – also Eisenlegierungen – in vielen Bereichen abgelöst, und deren Entwicklung erreichte mit der Einführung einer rostfreien Variante zu Beginn des 20. Jahrhunderts sozusagen ihren bisherigen Höhepunkt. Aluminium, das erst am Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt wurde, hat bei einigen Anwendungen die Stahlvarianten aufgrund seines geringen Gewichts abgelöst. Und nun haben seit einigen Jahren Carbonfasern ihren Siegeszug angetreten: Am Ende eines äußerst komplizierten Herstellungsprozesses steht ein Material, das bis zu 30 Prozent leichter und gleichzeitig bis zu 400 Prozent zugfester als Aluminium ist – da lässt sich einiges mit anstellen. //
»» A N W E N D U N G S B E I S P I E L E Carbon macht vieles leichter Im Straßenverkehr, beim Sport, in der Medizin und beim Musikmachen: Carbonfasern kommen in immer mehr Bereichen zum Einsatz und sind der Superwerkstoff der Zukunft. »» weiter S. 5 + 6